光伏逆变器厂商产品分析和生产过程

光伏逆变器厂商产品分析能源是人类文明和社会经济发展的基本动力，能源危机和环境污染问题日益严峻，世界各国都把开发、利用可持续的清洁能源作为未来的能源发展战略， 其中太阳能以清洁无污染、没有地域界线、取之不尽用之不竭等独特优点而成为人们关注的热点之一。光伏并网发电是目前太阳能发电主要的应用方式之一。并网逆变器是太阳能光伏并网发电系统中的核心部件，太阳能能量通过光伏组件转化为直流电力，再通过并网型逆变器将直流电能转化为与电网同频率、同相位的正弦波电流馈入电网， 使绿色、 清洁的太阳能高效的为人类服务。2 国内外光伏并网逆变器产品现状光伏并网逆变器国外主要生产厂家包括 SMA、 Fronius 、 Kaco、Shap 等。 SMA是全球最早也是最大的光伏逆变器生产企业，以 SMA为代表的国外光伏逆变器厂商起步早、技术成熟，引领者全球光伏产业的技术创新和发展，目前生产的产品品种多、系列全，稳定性、可靠性及变换效率均比较高；国外产品的另一个特点是智能化程度高，其根据光伏系统的实际应用，开发出智能化程度高的光伏逆变器产品，并配合监控系统、配电保护系统，构成一个功能完善的光伏发电系统。国内生产逆变器的厂商众多，但专门从事光伏发电系统逆变器的生产厂商并不多，不少厂商以原来的车载逆变器、通讯逆变器、 电力逆变器、 UPS等电源技术为基础， 开始从事光伏逆变器的生产和研发，由于不少国内企业在逆变器行业拥有多年经验，已经具备一定的规模和竞争力。国内生产光伏逆变器的厂商主要包括：合肥阳光、北京科诺伟业、北京索英、南京冠亚、志诚冠军、上海英伟力新能源等。表 1 列举了国内光伏并网逆变器的几个主要生产厂家及其主要的产品类型。光伏并网发电项目是光伏逆变器的主要应用领域，目前光伏发电项目大多处于示范期，且多集中在北京、深圳、上海等经济发达城市，随着技术的成熟和国家政策的扶持，预计未来将向中西部光照资源丰富地区发展。北极星太阳能网讯 :3 国内光伏并网逆变器主要产品分析光伏并网逆变器主要分为集中式和分布式两大类。国内集中式并网逆变器以合肥阳光电源为代表，科诺伟业、索英电气、冠亚、志成冠军等也是集中式并网逆变器的生产厂商，但从规模、品种系列等方面均不及合肥阳光电源；上海英伟力科技采取了与传统集中式并网逆变器完全不同的发展思路，是国内首家研制分布式光伏并网微型逆变器的公司。下面分别以阳光电源和英伟力新能源为代表，对两类并网逆变器产品进行分析。阳光电源的光伏并网逆变器分为组串型和电站型，均属于集中式并网逆变器，集中式并网逆变器将多个光伏组件串并联组合形成足够高的电压或功率，在经逆变器统一并网。组串型光伏并网逆变器适用于中小型光伏发电系统，电站型光伏并网逆变器适用于大中型光伏发电系统，其产品主要性能特点如下：1) 功率等级：组串型 1.5kW~10kW，电站型 30kW~1MW；2) 输入电压等级：组串型 150V 以上，电站型 450V以上；3) 输出电压： 220VAC、 380VAC；4) 最大变换效率： 94.5%~95%；5) 最大功率点跟踪（ MPPT）效率： 99.9%；6) 通讯及保护功能：完善；英伟力新能源科技（上海）有限公司创立于 2008 年，是国内第一家，也是目前唯一一家自主开发出光伏并网微逆变器的公司。微逆变器技术通过为每块光伏组件单独匹配一个具有独立的直 / 交流转化功能和 MPPT功能的逆变器，能够实现单块光伏组件发电效率的最大化。英伟力微逆变器产品主要性能特点如下：1) 功率等级：与单块光伏组件匹配， 180W~300W；2) 输入电压等级：与单块光伏组件匹配， 20V~40V；3) 输出电压： 220VAC；4) 最大变换效率： 95%；5) 最大功率点跟踪（ MPPT）效率： 99.9%；6) 通讯及保护功能：完善；北极星太阳能网讯 : 集中式光伏并网逆变器起步早、 产品系列齐全，是目前光伏逆变器市场的主流产品， 占据着主导地位，但随着技术日趋成熟和商业化应用的不断发展，集中式光伏并网发电系统的存在的问题也逐渐引起了关注： （ 1） 可靠性：集中式光伏并网发电系统中，逆变器是整个系统中的关键环节也是薄弱环节， 单台逆变器的实效会导致整个系统的崩溃；（ 2） MPPT跟踪效率： 虽然大多数集中光伏逆变器生产厂商宣称跟踪效率可以达到 99.9%，事实上，由于其 MPPT跟踪针对的是整个光伏阵列，无法兼顾到每块光伏组件，由于模块匹配、局部遮挡等因素引起的功率损失是十分可观的； （ 3）系统可扩展性： 集中式系统的特点决定了其系统可扩展性较差。分布式微逆变器技术是为集中式光伏并网逆变器存在的诸多问题而提出并发展起来的，其起步晚、产品系列尚不齐全，目前仍处于起步阶段，但从目前的产品技术性能来看，微逆变器丝毫不逊色于传统集中式逆变器产品，甚至优于集中式逆变器产品。微逆变器通过直接与单块光伏组件直接相连，可以实现单块光伏组件真正的 MPPT，使光伏组件的发电效率最大化，其安装、扩展灵活，即插即用，可以实现模块化生产，微逆变器生产厂商可以与光伏组件生产厂家联合，为光伏组件量身定制逆变器，从而加快其商业化和市场化进程。4 结论1） 随着太阳能光伏发电技术的发展， 光伏逆变器技术日趋成熟， 产品系列日趋完善， 能够适应不同功率等级的应用需求；2）传统集中式并网逆变器起步早、发展较成熟，目前获得了一定的推广和应用，在市场上占据主导地位；3）分布式微逆变器技术起步较晚，但发展迅速，主要产品技术指标已经能够与集中式并网逆变器相媲美，甚至优于集中式逆变器；4）分布式微逆变器技术应用前景十分广阔，特别适合城市、光伏建筑等应用领域，微逆变器技术与光伏组件生产厂家强强联合，将大大加快微逆变器技术的进一步发展，增加其市场占有率。太阳能电池的原理及制作太阳能是人类取之不尽用之不竭的可再生能源。也是清洁能源， 不产生任何的环境污染。 在太阳能的有效利用当中；大阳能光电利用是近些年来发展最快， 最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。制作太阳能电池主要是以半导体材料为基础，其工作原理是利用光电材料吸收光能后发生光电于转换反应，根据所用材料的不同，太阳能电池可分为： 1、硅太阳能电池； 2、以无机盐如砷化镓 III-V 化合物、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的电池； 3、功能高分子材料制备的大阳能电池；4、纳米晶太阳能电池等。一、硅太阳能电池1．硅太阳能电池工作原理与结构太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应，一般的半导体主要结构如下：图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。当硅晶体中掺入其他的杂质，如硼、磷等，当掺入硼时，硅晶体中就会存在着一个空穴，它的形成可以参照下图：图中，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。而黄色的表示掺入的硼原子，因为硼原子周围只有 3 个电子， 所以就会产生入图所示的蓝色的空穴，这个空穴因为没有电子而变得很不稳定，容易吸收电子而中和，形成 P（ positive ）型半导体。同样，掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，所以就会有一个电子变得非常活跃， 形成 N（ negative ） 型半导体。黄色的为磷原子核，红色的为多余的电子。如下图。N 型半导体中含有较多的空穴， 而 P 型半导体中含有较多的电子，这样，当 P 型和 N型半导体结合在一起时，就会在接触面形成电势差，这就是 PN结。当 P 型和 N型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域里会形成一个特殊的薄层 ) ， 界面的 P 型一侧带负电， N型一侧带正电。这是由于 P 型半导体多空穴， N型半导体多自由电子，出现了浓度差。 N区的电子会扩散到 P 区，P 区的空穴会扩散到 N区， 一旦扩散就形成了一个由 N指向 P的“内电场” ，从而阻止扩散进行。达到平衡后，就形成了这样一个特殊的薄层形成电势差，这就是 PN结。当晶片受光后， PN结中， N 型半导体的空穴往 P 型区移动，而 P 型区中的电子往 N 型区移动，从而形成从 N型区到 P 型区的电流。 然后在 PN结中形成电势差， 这就形成了电源。 ( 如下图所示）由于半导体不是电的良导体， 电子在通过 p－ n 结后如果在半导体中流动，电阻非常大，损耗也就非常大。但如果在上层全部涂上金属， 阳光就不能通过， 电流就不能产生，因此一般用金属网格覆盖 p－ n 结 （如图 梳状电极） ， 以增加入射光的面积。另外硅表面非常光亮，会反射掉大量的太阳光，不能被电池利用。为此，科学家们给它涂上了一层反射系数非常小的保护膜（如图） ，将反射损失减小到 5％甚至更小。一个电池所能提供的电流和电压毕竟有限，于是人们又将很多电池（通常是 36 个）并联或串联起来使用，形成太阳能光电板。2．硅太阳能电池的生产流程通常的晶体硅太阳能电池是在厚度 350～ 450μ m的高质量硅片上制成的，这种硅片从提拉或浇铸的硅锭上锯割而成。上述方法实际消耗的硅材料更多。为了节省材料，目前制备多晶硅薄膜电池多采用化学气相沉积法，包括低压化学气相沉积（ LPCVD）和等离子增强化学气相沉积（ PECVD）工艺。此外，液相外延法（ LPPE）和溅射沉积法也可用来制备多晶硅薄膜电池。化学气相沉积主要是以 SiH2Cl 2、 SiHCl 3、 SiCl 4 或 SiH4,为反应气体 , 在一定的保护气氛下反应生成硅原子并沉积在加热的衬底上，衬底材料一般选用 Si 、 SiO2、 Si 3N4 等。但研究发现，在非硅衬底上很难形成较大的晶粒，并且容易在晶粒间形成空隙。解决这一问题办法是先用 LPCVD在衬底上沉积一层较薄的非晶硅层，再将这层非晶硅层退火，得到较大的晶粒，然后再在这层籽晶上沉积厚的多晶硅薄膜，因此，再结晶技术无疑是很重要的一个环节，目前采用的技术主要有固相结晶法和中区熔再结晶法。多晶硅薄膜电池除采用了再结晶工艺外，另外采用了几乎所有制备单晶硅太阳能电池的技术，这样制得的太阳能电池转换效率明显提高。三、纳米晶化学太阳能电池在太阳能电池中硅系太阳能电池无疑是发展最成熟的，但由于成本居高不下，远不能满足大规模推广应用的要求。为此，人们一直不断在工艺、新材料、电池薄膜化等方面进行探索，而这当中新近发展的纳米 TiO2 晶体化学能太阳能电池受到国内外科学家的重视。以染料敏化纳米晶体太阳能电池（ DSSCs）为例，这种电池主要包括镀有透明导电膜的玻璃基底，染料敏化的半导体材料、对电极以及电解质等几部分。阳极：染料敏化半导体薄膜（ TiO2 膜）阴极：镀铂的导电玻璃电解质： I 3- /I -如图所示，白色小球表示 TiO2，红色小球表示染料分子。染料分子吸收太阳光能跃迁到激发态，激发态不稳定，电子快速注入到紧邻的 TiO2导带， 染料中失去的电子则很快从电解质中得到补偿，进入 TiO2 导带中的电于最终进入导电膜 , 然后通过外回路产生光电流。纳米晶 TiO2太阳能电池的优点在于它廉价的成本和简单的工艺及稳定的性能。其光电效率稳定在 10％以上，制作成本仅为硅太阳电池的 1/5 ～ 1/10 ． 寿命能达到 20 年以上。但由于此类电池的研究和开发刚刚起步，估计不久的将来会逐步走上市场。四、染料敏化 TiO2 太阳能电池的手工制作1. 制作二氧化钛膜(1) 先把二氧化钛粉末放入研钵中与粘合剂进行研磨(2) 接着用玻璃棒缓慢地在导电玻璃上进行涂膜(3) 把二氧化钛膜放入酒精灯下烧结 10～ 15 分钟，然后冷却2. 利用天然染料为二氧化钛着色如图所示，把新鲜的或冰冻的黑梅、山梅、石榴籽或红茶，加一汤匙的水并进行挤压，然后把二氧化钛膜放进去进行着色，大约需要 5 分钟，直到膜层变成深紫色，如果膜层两面着色的不均匀，可以再放进去浸泡 5 分钟，然后用乙醇冲洗，并用柔软的纸轻轻地擦干。3. 制作正电极由染料着色的 TiO2 为电子流出的一极（即负极） 。正电极可由导电玻璃的导电面 （涂有导电的 SnO2 膜层） 构成，利用一个简单的万用表就可以判断玻璃的那一面是可以导电的，利用手指也可以做出判断，导电面较为粗糙。如图所示，把非导电面标上‘ +’ ，然后用铅笔在导电面上均匀地涂上一层石墨。4. 加入电解质利用含碘离子的溶液作为太阳能电池的电解质，它主要用于还原和再生染料。如图所示，在二氧化钛膜表面上滴加一到两滴电解质即可。5. 组装电池把着色后的二氧化钛膜面朝上放在桌上，在膜上面滴一到两滴含碘和碘离子的电解质，然后把正电极的导电面朝下压在二氧化钛膜上。把两片玻璃稍微错开，用两个夹子把电池夹住，两片玻璃暴露在外面的部分用以连接导线。这样，你的太阳能电池就做成了。6. 电池的测试在室外太阳光下，检测你的太阳能电池是否可以产生电流。太阳能电池发电原理太阳电池是一种对光有响应并能将光能转换成电力的器件。能产生光伏效应的材料有许多种，如：单晶硅，多晶硅， 非晶硅，砷化镓，硒铟铜等。它们的发电原理基本相同，现已晶体硅为例描述光发电过程。 P 型晶体硅经过掺杂磷可得 N型硅，形成 P-N 结。当光线照射太阳电池表面时， 一部分光子被硅材料吸收 ;光子的能量传递给了硅原子，使电子发生了越迁，成为自由电子在 P-N 结两侧集聚形成了电位差，当外部接通电路时，在该电压的作用下，将会有电流流过外部电路产生一定的输出功率。 这个过程的的实质是： 光子能量转换成电能的过程。